PT100温度变送器设计

1、电子检测装置设计实践题目： PT100 温度变送器的设计姓名：学号：成绩： 西安理工大学信息与控制工程系2016 年 1 月 22 日总成绩验收成绩验收（抽样）结果结果均方根误差/排 名精度/排名最终排名检测装置验收得分：根据验收测试的4组数据计算得到均方根误差和精度，将其各自排名,排名的结果相加，再排名，根据排名得到每个人的验收得分。报告得分：根据电路设计、计算，电路图绘制，结果分析，综合得分。 最终得分：验收和报告各占 50%电子检测装置设计实践项目设计说明书项目：PT100温度变送器的设计姓 名：学 号：西安理工大学信息与控制工程系2016 年 1 月 22 日1概述随着现代化工业生产的

2、不断发展， 在普通家庭里电热水器、电饭煲、电磁炉 等家用电器越来越成为必不可少的生活用品， 然而这些电器都依赖于温度控制技 术，所以说温度控制技术无处不在。 基于此，如何获得温度信息值并进行准确而 又快速的控制这是非常重要而有意义的研究课题。因铂热电阻具有测量范围大、稳定性好和耐氧化等优点，本课题采用PT100铂热电阻作为温度感测元件，进行温度传感器的设计与实现。PT100在 0 C的额定电阻值是1001，工作温度范围：-200 850 C，考虑到实际应用，本课题设 计的测量范围为0 100 C。因为热敏电阻的的温度与阻值呈线性关系，根据测 量可得温度与电压的关系，阻值与电压的关系。2总体设计

3、温度的控制1、温度控制范围：10-90 C内可任意设定温度值。2、控制精度：土 5C2.1系统构成2.2主要设备及元器件选型根据设计要求，采用LM324是四运放集成 电路，它采用14脚双列直插塑料封装，lm324 原理图如图所示。它的内部包含四组形式完全 相同的运算放大器，除电源共用外，四组运1OUT(TT4OUT1141IN-2134lN-11N+ 3124IN+VCC 411GND2IN+ 510j 3IN+2IN-693IN-2OUT783OUT(TOP VIEW)放相互独立。由于 LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小, 可单电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电

4、路中。U1VCCIm7812 是指三端稳压集成电 路IC芯片元器件，适用于各种电 源稳压电路，输出稳定性好、使 用方便、输出过流、过热自动保 护。Im7805系列集成稳压器的典 型应用电路如下图所示，这是一1+L2厂4IC采用集成稳压器 7805，C9 C10anOONWCTIONFWV*TO BOOS TMAX 临 I个输出正5V直流电压的稳压电源电路 分别为输入端和输出端滤波电容。ICL7660是一款基于电荷泵原理的电压反相器，在典型电路中，其输出电 压和输入电压的极性相反幅值相等，但 输出驱动能力不算很高。常用于需要从 正电压变换出对称负电压的场合，增加 一个ICL7660和几个小电容，

5、就可以实 现正负电源2.3系统核心处理策略输入信号经热电阻，过零点补偿和一级运放，最后滤波得到理想的模 拟量输出。2.4系统软硬件功能划分PT100所搭的电阻桥作为温度采集部分，对温度进行实时采集，电源由 实验室提供。3详细设计3.1 硬件设计3.1.1输入与输出输入：由电源直接输入，经电源电路处理，将5V电压输入。输出：经电路处理好的信号直接输出。3.1.2热电阻检测模块由于热电阻输出的信号很微弱，故我们通过电桥将阻值变化值先经过电桥放大，得到范围跨度为0-5V，分辨率为0.02V的模拟电压信号，得到需要的测温范围对应的温度值。热电阻PT100的分度表温度C0123456789电阻值（Q ）

6、010203040100.00103.90107.79111.67115.54100.39104.29108.18112.06115.93100.78104.68108.57112.45116.31101.17105.07108.96112.83116.70101.56105.46109.35113.22117.08101.95105.85109.73113.61117.47102.34106.24110.12114.00117.86102.73106.63110.51114.38118.24103.12107.02110.90114.77118.63103.51107.40111.29115

7、.15119.015060708090119.40123.24127.08130.90134.71119.78123.63127.46131.28135.09120.17124.01127.84131.66135.47120.55124.39128.22132.04135.85120.94124.78128.61132.42136.23121.32125.16128.99132.80136.61121.71125.54129.37133.18136.99122.09125.93129.75133.57137.37122.47126.31130.13133.95137.75122.86126.6

8、9130.52134.33138.13100110120130140138.51142.29146.07149.83153.58138.88142.67146.44150.21153.96139.26143.05146.82150.58154.33139.64143.43147.20150.96154.71140.02143.80147.57151.33155.08140.40144.18147.95151.71155.46140.78144.56148.33152.08155.83141.16144.94148.70152.46156.20141.54145.31149.08152.8315

9、6.58141.91145.69149.46153.21156.95金属热电阻一般适用于 -200500 C范围内的温度测量，其特点是测量准确、稳定性好、性能可靠，在程控制中的应用极其广泛。工业上常用金 属热电阻从电阻随温度的变化来看，大部分金属导体都有这个性质，但并 不是都能用作测温热电阻，作为热电阻的金属材料一般要求：尽可能大而 且稳定的温度系数、电阻率要大（在同样灵敏度下减小传感器的尺寸）、 在使用的温度范围内具有稳定的化学物理性能、材料的复制性好、电阻值 随温度变化要有间值函数关系（最好呈线性关系）。pt100是铂热电阻，它的阻值跟温度的变化成正比。PT100的阻值与温度变化关系为：当

10、 PT100温度为0C时它的阻值为 100欧姆，在100 C时它 的阻值约为138.5欧姆。设计电路图如下:3.1.3电源模块本系统采用实验室提供的24V直流稳压电源，经电源电路输出为5V电压。3.1.4电压跟随器模块电压跟随器的显著特点就是，输入阻抗高，而输出阻抗低。电压跟随器采用+5V和-5V双电 源供电形式，为了避免系统输出 Vo 为负电压的情况。滑动变阻器 RF1、 RF2调节范围大，使测量更加准确。3.1.5计算过程1.设R仁R2=1K R4=100。（ PT100在0度时，阻值为 100。），电桥R5=R6=10K（电桥上的电阻大于 R1和R2）2.输入输出关系式(Vi VR )

11、R6R6R7 VR Voi,V°1 (R9 R10 Rf2) =v。; 解得Vo(ViR 6 R7R7R6R7*Vz )(R 9 R 29R9Vi * R6 R7 R7设 Vref=1.2V Vz放大倍数:k胡空Rf2R9kminR10 Rf2=1 -Rf2 =0R9-1.56最小范围：3m 35mV 32m V;最大范围：7m 25mV 18mV最小放大倍数： 5V/32mV=156,最大放大倍数 5V/18mV=2783. 确定Vz的范围及 R11、R12、RF2V01 =0Vz =2Vi时，假设R6=R7,贝U为0.3V至U 0.7V，取 Vz的变化为 0.5V小，可调从而警0

12、56 设 R9=10K R10=5.6Kkmax =1 甩 =2.78,使k最大，Rf2应取最大值，R9所以 Rf2max =1.78*103 -5.6*103 = 12.2k选 Rf2 = 20 k验证假设是否满足要求：R，105.6R10 Rv 2 5.6 ' 200.56,2.561.78,从而令 R10 = 4.7k ： 5.6kR910R910则放大倍数满足要求4. 确定Vo1、R6 R7的范围100")设R6=R7=10k,（运放的电阻应远大于其内阻，而内阻一般为Vj =0.45V,VO1=0V ,Vz = 0.452 104104= 0.9VV = 2.3V,V

13、O1 =2.3 2-0.9= 3.7V3.1.5系统图及元器件清单元件数量ICL76601LM3242LM78121LM78051PT1001电解电容10uf，100uf4电容 104,106若干电阻若干双输出可调直流稳压电源24V电位器24调试与测试4.1 调试将PT100放入冰水混合物，此时温度为零摄氏度，PT100阻值此时为100Q接入电路，分别测Vo1和Vo,调滑动变阻器RV1和RV2使其电压均接近于0V,并 且Uo1>Uo2对电路信号放大部分先进行调零：测 Vo的值并调节RV2是输出 为0.3V,再对电路信号放大部分进行调满：先将PT100放入开水，此时的阻值138 Q接入电路

14、,再测V的值并调节104,使输出接近为5V。如此反复对该电路进 行调零和调满的操作，使其输出稳定在 0.2V-4.0V之间即可。4.2 测试测实验数据：调节PT100的阻值，使其以每隔10C的阻值接入电路，再测输出Vo的值，电流源电路接好后，开始测电流的输出。测量时应按PT100的阻值增大时测一次，再依次减小其阻值测一次。测试结果：1 :滑动变阻器 RF1调零，调节最佳增益，结果如下所示：温度乜102030405060708090阻值Q103.9107.7111.6115.5119.4123.2127.0130.9134.7电压V0.7021.2111.8342.3582.8373.2953.

15、7014.1334.487温度t)由图可以看出，PT100温度与电压近似呈线性关系。5结论经过将近两这几天的测控电路课程设计， 我终于完成了 PT100温度变送器的 设计，虽然与老师的要求有一定的差距，但我还是很高兴的。在这次课程设计中，我自己动手焊接了实验电路，自己检查电路中的错误，自己改正这些错误，自己查资料， 这些都是我独立完成的，虽然在这一过程中我们遇到了许多困难，但还是咬牙挺过来了， 因此我们也学到了许多东西。由于我 之前有过焊接电路板的经验，在焊接过程中并未遇到什么困难， 我自己也认为我 焊接的电路板还是不错的，但我还是在电路调试中遇到了很大的难题， 虽然老师 在布置这个课程设计之前给我们讲了一些在调试中要注意的问题，但在实际操作中我们几乎完全忘了这些需要注意的问题， 例如对电路的调零和调满的操作，我 们都没有将这两步分开来进行，而是直接测电路的输出；再如，调零和调满的操作要进行多次，通过反复调试来保证电路测量范围的准确性， 可我